論某公路大橋樁基礎施工水磨鉆技術

盧剛旭

摘要 樁基施工在各類工程項目中廣泛運用，如高層建筑、公路橋梁等項目。樁基成孔方式有機械成孔和人工成孔，但有一些特殊地段，沒有條件架設鉆孔設備，或樁基附近為居民聚集地，更不適用爆破成孔，只能采取人工成孔。為解決人工成孔效率低下的問題，文章提出采用水磨鉆施工技術。基于此文章論述了水磨鉆施工的工藝原理，總結了具體的工藝流程，并提出了質量控制的一些具體措施，旨在為同行提供借鑒。

關鍵詞 公路大橋;樁基施工;水磨鉆技術;技術要點

中圖分類號 TU753.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0090-03

0 引言

某公路大橋橫跨山間洼地，位于丘陵及河谷地帶，地形蜿蜒起伏，大部分橋樁位于山坡上，山坡坡度超過45°，無條件架設鉆孔設備。該公路大橋區位地層由內源沉積巖和覆蓋層組成，橋樁附近為居民聚集地，不宜采用爆破施工或機械沖擊成孔[1]。結合該項目的地形地貌，并考慮施工區域鄰近居民區和公路，因此施工過程中采用人工挖孔的方法，同時配合水磨鉆技術。

1 水磨鉆法施工的優勢

目前大部分工程項目普遍使用沖擊鉆、旋挖樁、人工爆破等方法進行樁基成孔。施工階段主要存在的問題包括：

（1）工程項目現場條件不符合，施工成本較高。

（2）作業過程中產生過大的噪聲和振動，對周邊環境產生不利影響。

（3）因火工品短缺或天氣原因而延誤工期。

（4）因作業不安全而產生損失等。

水磨鉆法施工最顯著的優勢是成本。當前油料價格、原材料成本上漲，加之政府對火工品的管控愈加嚴格，需要諸多繁瑣的審批程序，使水磨鉆技術的優勢更加凸顯。除了成本優勢之外，工期優勢是水磨鉆法施工的另一大優勢。此法很少擾動地層，且無須爆破，可在同一區域內多點作業，全天候循環[2]。由于此法施工難度不高，利于更好地優化成本與工期。在項目施工過程中采用的機械設備較小，不會破壞相鄰結構，對周邊環境影響不大。

2 水磨施工工藝

2.1 施工工藝流程（見圖1）

2.2 定位及平臺

樁基定位是一項關鍵的基礎性技術，也是挖孔樁的初始工序[3]。

（1）嚴格控制樁基定位過程。基于設計圖紙精準計算坐標，應用全站儀進行樁基定位。采用“換手測量”的方法進行放樣測量，即為了確保測量結果的精準度，確保初始測量偏差控制在一定范圍內，應在測量過程中互換前后視。

（2）完成樁基定位工序后，施工作業平臺。施工作業平臺除了滿足施工操作空間，還能夠保護井口、擋水、排水及承受施工荷載。樁基作業平臺的質量對后續施工順利進行作用重大，須嚴格控制作業平臺的質量，確保滿足安全作業需求。用C15混凝土澆筑平臺基面，整個平臺呈正方形布局，面積為2.5 m×2.5 m，四周澆筑10 cm厚的C15混凝土進行周邊地面的硬化，為有效引排地表水，硬化地面需保持一定的流水坡度。

（3）樁基位置周邊須澆筑混凝土鎖口，鎖口直徑為2.2 m，比樁體大20 cm，鋼筋混凝土厚40 cm（Ф10@150鋼筋網），鎖口頂比施工平臺高20 cm，起到擋水作用，也能防止雜物墜落，有利于作業安全。

（4）完成施工作業平臺工序后，在正式開挖孔樁之前，基于樁位放樣點布置護樁，護樁布置成十字形，即垂直從樁位中心處引出4個護樁，埋設在鎖口中心位置，用混凝土澆筑埋好的護樁，形成保護層，以免破損。在作業過程中，必須復核護樁的樁基中心及高程，及時糾偏調整，確保護樁不偏離樁心，且具有準確基準高程。

2.3 排水施工措施

為了確保作業安全，必須制定科學的排水方案，及時引排地表水。該大橋鄰近鐵路沿線，樁基施工中很少有地下水，因此須著重引排地表水。無須在樁基孔內設集水井，但在施工現場需配置抽水機，一旦地下水滲入樁基孔內，能在第一時間進行抽排[4]。

2.4 提升支架及其他設施

孔口操作平臺施作完工并驗收合格，需在平臺上搭設提升結構，包括定型井架、雙排防雨支架、防墜器、卷揚機等部件，形成整套挖孔樁提升系統。為防止樁孔口有雨水滲入，可加設彩鋼瓦大型防水棚，確保雨天也能正常施工。為保證樁基孔內人員操作安全，通風設施、照明設備、防毒裝備等應配備齊全。

挖孔樁提升系統工作流程：樁基底人工出渣→棄渣入桶→電動卷揚機將吊桶輸送到地面→棄渣倒入手推車→轉運至存渣場集中堆放→棄土場填埋、加強環保綠化。

2.5 井口及護壁

樁孔開挖過程的支護方案為鋼筋混凝土護壁，護壁混凝土厚度上、下分別為20 cm、15 cm，節高為90 cm，護壁混凝土強度與樁基樁身混凝土同級。

護壁澆筑模板用鋼模板拼裝形成，護壁模板可實現循環利用。護壁采用人工澆筑混凝土，用鐵扦插搗護壁澆筑邊，使混凝土更為密實，自上而下形成圓形支撐。混凝土拆模條件應根據具體氣候，時間至少超過24 h，混凝土強度需達到70%及以上。

2.6 強風化巖和土層挖孔方案要點

樁基施工方案為人工挖孔，從上至下逐層開挖，先開挖中間部位，再延伸向周邊，孔徑以+5 cm左右為宜;開挖至巖層后，使用傳統工具無法繼續開挖，該項目引入水磨鉆技術施工：

（1）雨季開挖樁基時，為確保雨天不影響施工進度，應根據施工現場的具體條件，在樁基洞口搭設防雨棚，用鋼管支架搭設，確保在雨天作業時，雨水不會滲入樁基中。

（2）樁基開挖至巖層，開始采用水磨鉆技術施工，采用這一施工技術應分節推進，節深0.6 m，通常使用風鎬、水磨鉆、裝渣桶等工具施工。

（3）如遇樁基內積水、滲水，對正常樁基作業產生影響，必須先抽出孔內積水，用水泵抽取;為確保樁基底空氣流通，應向孔內輸送新鮮空氣，采用專用鼓風機自孔底向上吹，實現孔內與地面之間的空氣對流。

（4）在巖層不穩定的條件下開挖樁基，應采取護壁支護方法，用混凝土澆筑護壁;混凝土厚度及鋼筋設置嚴格遵照項目施工圖紙的要求，同時應考慮水磨鉆施作范圍會擴大的情況，對樁徑進行對應調整，同步采用加厚護壁的方案進行控制[5]。

2.7 堅石、次堅石水磨鉆機施工要點

（1）構成開挖巖體臨空面：鉆孔點布置、內徑孔壁基線設計均應遵照設計尺寸布置開挖面，以170 mm直徑的鉆頭進行鉆取，鉆巖大致0.6 m深，以15°傾角向孔壁往外鉆，使樁基巖石鉆取后，構成一個臨空面。

（2）樁基巖體開挖：將樁基巖體劃分為3等份，依托平均劃分的基準線，配合水磨鉆技術鉆取巖芯，構成3個單獨的巖體;樁基中端位置的巖體用風鎬繼續打孔，最后形成6等份。

（3）將鋼楔插入至風鎬孔，并進行錘擊，使巖體裂開：將鋼楔打進風鎬鉆孔之中，并用大錘進行捶打，受沖擊力、擠壓力持續作用，巖體底部會剪切破裂，從而分解、裂開。

（4）棄渣裝入吊桶內，出渣采用電動垂直提升系統，水磨鉆施作后的棄渣需依次出渣，從樁孔一側到另一側，由電動垂直提升系統實現循環出渣。

（5）調整樁基孔壁及下次循環作業前的準備工作：水磨鉆鉆取工序施作后，樁基孔壁內部會產生鋸齒狀形態。以免影響樁徑空間，應對周邊偏位、錯位情況進行準確判斷，將樁徑內多余的巖體清除;對樁基底部偏位進行監控，并及時調整，完成此步驟后，循環下次作業;水磨鉆技術施工效果詳見圖2。

2.8 成孔質量控制指標

水磨鉆法成孔控制指標見表1。

3 水磨鉆法施工的安全控制

水磨鉆法施工中應注意下列安全事項：防孔內坍塌、防高處墜落物傷人、防機械及觸電傷害等。

3.1 安全施工保障措施

首先，加強項目管理人員安全意識，提升安全管理水平，實現齊抓共管安全的工作局面;其次，加強安全教育，結合各施工工序、工種的不同開展安全教育，提升安全教育的針對性、實效性，凸顯安全教育效果;第三，相關安全管理人員項目安全風險源辨識不足，導致風險源動態管理不佳。應強化提升項目管理人員的安全理念，樹立安全效益的思想，根據項目生產活動實際，動態管理風險源;最后，結合工程項目施工特點，制定完善的安全管理制度，確保生產施工中按章操作，有效規避各項風險。

3.2 作業前控制重點

（1）在施工作業前，要做好現場的安全保護工作，做到文明作業，作業過程嚴格遵循項目標準，作業人員須持證上崗，做好新員工的培訓、考核工作[6]。

（2）進入施工現場時，需正確佩戴安全帽，井外作業人員應在護欄上系好安全帶，入井作業人員應在井口牢固處系好安全帶，并做好絕緣防護處理。

（3）施工前應先落實各項機械設備的性能狀態檢查，做好日常保養及維護。

（4）專業電工負責項目現場的所有用電設施，配電箱應裝設防水裝置并配有門鎖。在施工前須認真核查全部電纜線，電纜架空應超過2 m，確保機械、電閘、漏電裝置、保險設備等全部安全后才可用電。

（5）提前檢測鋼絲繩的安全性和牢固性，不得帶病害施工;保證提升裝置的穩定、牢固，配重應控制在200 kg以內。

（6）在孔口周邊掛設安全網，并設置1.2 m防護欄;井口圍護應比地面高出30 cm;用防護罩全面覆蓋空壓機。

（7）入井作業前，由專人檢測樁基是否穩定，排除安全隱患，確保護壁無裂縫后開始作業。

（8）將軟梯懸掛在孔口位置，供應急使用。

3.3 作業過程中控制重點

（1）作業過程中如遇卡鉆，切忌強行啟動，須立即切斷電源查因。

（2）開孔超過10 m后，須配置通風設備，確保施工安全。

（3）不得在孔口周邊堆放挖出的棄渣，避免機動車行駛威脅井壁安全。

（4）桶內棄渣不能裝滿，其與桶頂應保持10 cm左右的距離，在施工前應標識出距桶頂10 cm的位置，同時要確保掛鉤安全，并保證掛鉤不脫鉤;作業過程中應由專人把守孔口，對入井作業人員情況進行實時監控。

（5）單次挖掘作業控制在1 m以內，如果深度超過5 m，應在施工人員頭頂上1.5 m處設置安全保護裝置。

（6）作業中如遇涌沙和地下水，須及時采取有效的堵沙、排水方案;棄渣時確保周邊環境安全，無車輛及行人通行。

3.4 停止作業后控制重點

（1）停止作業后孔口需封閉，以免人員誤墜。

（2）下班后應切斷施工場地的電氣閘刀。

4 結論

文章通過論述某公路大橋樁基礎施工水磨鉆技術，證明水磨鉆法施工比其他方法更加安全，更能保證施工質量，其特點如下：

（1）水磨鉆法施工作業中無須爆破，避免飛石墜落;施工設備小，無傾覆風險，可減少對周邊環境的擾動;不會影響正常車輛行駛，不會威脅周邊構筑物安全。

（2）水磨鉆法施工可直觀觀測及管控成孔情況，樁徑、沉渣等情況均可直接檢測，施工作業簡單，無附加要求，只需遵循一般作業程序，并把握樁體灌注質量即可。

綜上所述，水磨鉆法施工具有設備輕便、操作簡單、占用面積小、作業可靠等優點，能保證項目進度、成本及質量。無須爆破，很少擾動周邊環境，環保性、安全性俱佳。對沒有機械作業、爆破作業條件的狹窄場所或臨近公路、鐵路等樁基施工，具有良好的適用性。

參考文獻

[1]李波， 雷斌. 大直徑人工挖孔樁硬巖“水磨鉆斷面取芯+靜爆破巖”聯合施工技術[J]. 施工技術， 2019（17）： 118-121.

[2]王江波， 陳敏， 黃和飛， 等. 臨江地區復雜地質條件下大直徑人工挖孔樁施工創新技術研究[J]. 施工技術， 2018（1）： 11-14.

[3]羅康. 人工挖孔水磨鉆在山區高速公路橋梁樁基施工中的運用[J]. 黑龍江交通科技， 2021（3）： 134-135.

[4]茍號平. 水磨鉆咬合取芯在巖溶區臨近公路人工挖孔樁硬巖中的應用[J]. 廣東土木與建筑， 2020（6）： 52-55.

[5]范志多. 水磨鉆在橋梁工程人工鉆孔中的應用[J]. 公路交通科技（應用技術版）， 2018（2）： 271-272.

[6]楊廷軍. 臨近建筑物橋梁樁基礎水磨鉆施工技術[J]. 交通世界， 2017（Z1）： 121-122+124.